JP2610802B2 - 半導体デバイス - Google Patents
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- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は結合空胴レーザのスペクトル制御に係る。
本発明の背景 ギガヘルツ領域で動作する光フアイバ及びレーザ光を
用いた広帯域通信システムにおいて、フアイバ及び光源
は分散及び結合損を減すため、両立しうることが重要で
ある。両立性は各光源を単一モードで動作させることに
より、狭いスペクトル出力すなわち本質的に単一波長の
出力を生じるようにすることによつて改善される。
用いた広帯域通信システムにおいて、フアイバ及び光源
は分散及び結合損を減すため、両立しうることが重要で
ある。両立性は各光源を単一モードで動作させることに
より、狭いスペクトル出力すなわち本質的に単一波長の
出力を生じるようにすることによつて改善される。
最近改善されたレーザの一つは、結合空胴半導体レー
ザとして知られるもので、それは多数の部分の結合空胴
構造から成る。たとえば、エル・エイ・コールドレン
（Ｌ・Ａ・Coldren）ら、アプライド・フイジツクス・
レターズ（Appl.Phys.Lett.）、第38巻、315-317頁（19
81）；エル・エイ・コールドレン（L.A.Coldren）ら、
アイ・イーイーイー・ジヤーナル・オブ・カンタム・エ
レクトロニクス（IEEE.J.of Quantum Electronics）、
第QE18巻、第10号、1679-1688頁（1982）；ケイ・エベ
リング（K.Ebeling）らエレクトロン・レターズ（Elec
t.Lett.）、第18巻、第21号、901-902頁（1982）；エム
・ビーチヤン（M.B.Chang）ら、アイ イーイーイー・
ジーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE.
J.of Quantum Electronics）、第QE-16巻、第９号、997
-1001頁（1980）；及びエル・アレン・ジユニア（L.All
en Jr）らに承認された（1981年８月）米国特許第4,28
4,963号を参照のこと。
ザとして知られるもので、それは多数の部分の結合空胴
構造から成る。たとえば、エル・エイ・コールドレン
（Ｌ・Ａ・Coldren）ら、アプライド・フイジツクス・
レターズ（Appl.Phys.Lett.）、第38巻、315-317頁（19
81）；エル・エイ・コールドレン（L.A.Coldren）ら、
アイ・イーイーイー・ジヤーナル・オブ・カンタム・エ
レクトロニクス（IEEE.J.of Quantum Electronics）、
第QE18巻、第10号、1679-1688頁（1982）；ケイ・エベ
リング（K.Ebeling）らエレクトロン・レターズ（Elec
t.Lett.）、第18巻、第21号、901-902頁（1982）；エム
・ビーチヤン（M.B.Chang）ら、アイ イーイーイー・
ジーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE.
J.of Quantum Electronics）、第QE-16巻、第９号、997
-1001頁（1980）；及びエル・アレン・ジユニア（L.All
en Jr）らに承認された（1981年８月）米国特許第4,28
4,963号を参照のこと。
単一縦モード動作を行わせるためには、各空胴部分は
結合空胴レーザの選択された縦モードと同調されなけれ
ばならない。しかし、縦モードの波長は半導体材料の経
年変化とともに、温度と変調バイアス電流により影響を
受けるから、単一縦モード条件は常に安定というのでは
なく、これらの不安定要因を補償する必要がある。
結合空胴レーザの選択された縦モードと同調されなけれ
ばならない。しかし、縦モードの波長は半導体材料の経
年変化とともに、温度と変調バイアス電流により影響を
受けるから、単一縦モード条件は常に安定というのでは
なく、これらの不安定要因を補償する必要がある。
本発明の要約 半導体ヘテロ構造レーザは電気的かつ相互に光学的
に、レーザからの光出力信号に応答する制御手段に結合
され、高速変調電流又は温度のような雰囲気条件の変化
とともに、単一縦モード出力を生じるように、レーザを
制御する。
に、レーザからの光出力信号に応答する制御手段に結合
され、高速変調電流又は温度のような雰囲気条件の変化
とともに、単一縦モード出力を生じるように、レーザを
制御する。
詳細な記述 本発明はある種の型のレーザの出力を安定させかつ制
御するための手段に係る。これらのレーザは現在知られ
ており、たとえば先の引用文献を参照されたい。そのよ
うなレーザについての以下の記述は、例を示すためだけ
のものである。
御するための手段に係る。これらのレーザは現在知られ
ており、たとえば先の引用文献を参照されたい。そのよ
うなレーザについての以下の記述は、例を示すためだけ
のものである。
第１図は二つのヘテロ構造部分すなわち長さｌ1を有
する部分１及び長さｌ2を有する部分２をもつ結合空胴
半導体レーザの概略図を示す。各部分は各ヘテロ構造部
分中の縦方向ストライプ（図示されてない）に固着され
た電極を通して、レーザ出力スペクトルの電子的制御に
適している。電極30は部分１中のストライプに接触し、
電極31は部分２中のストライプに接触している。部分１
及び２は第１図中には詳細に描かれていない基板領域を
通して、共通の電気的接触となつている。端部ミラーフ
アセツト11及び21はへき開又はエツチングにより、それ
ぞれ部分１及び２の相対する端部上に形成されている。
光出力13は部分１のミラーフアセツト11を通してレーザ
から放出されるように示されており、光出力23は部分２
のミラーフアセツト21を通して放出されるように示され
ている。
する部分１及び長さｌ2を有する部分２をもつ結合空胴
半導体レーザの概略図を示す。各部分は各ヘテロ構造部
分中の縦方向ストライプ（図示されてない）に固着され
た電極を通して、レーザ出力スペクトルの電子的制御に
適している。電極30は部分１中のストライプに接触し、
電極31は部分２中のストライプに接触している。部分１
及び２は第１図中には詳細に描かれていない基板領域を
通して、共通の電気的接触となつている。端部ミラーフ
アセツト11及び21はへき開又はエツチングにより、それ
ぞれ部分１及び２の相対する端部上に形成されている。
光出力13は部分１のミラーフアセツト11を通してレーザ
から放出されるように示されており、光出力23は部分２
のミラーフアセツト21を通して放出されるように示され
ている。
各ヘテロ構造部分は長さｄの小間隙３により分離され
ている。間隙３はたとえば部分１及び２上にそれぞれ間
隙ミラーフアセツト12及び22を形成するために、モノリ
シツクヘテロ構造をエツチング又はへき開することによ
り、部分１及び２間に生じる。
ている。間隙３はたとえば部分１及び２上にそれぞれ間
隙ミラーフアセツト12及び22を形成するために、モノリ
シツクヘテロ構造をエツチング又はへき開することによ
り、部分１及び２間に生じる。
間隙３は部分２から部分１を電気的に分離し、かつミ
ラーフアセツト12及び22を通して部分の光学的結合をす
る。電気的分離の程度は、間隙３の深さと、直接関連す
る。電気的分離は結合空胴レーザにとつて重要である。
なぜならば、それにより部分１及び２を相互に分離して
電気的にバイアスできるからである。間隙３の長さｄも
また空胴間の光学的結合の程度とともに、電気的分離の
程度にも影響を及ぼす。間隙長ｄは典型的な場合、間隙
３中の回折損のため10λより小さく選択される。ここ
で、λはレーザの出力波長である。以下で示す理由によ
り、所望の間隙長ｄはレーザの出力波長とｄ〜ｍλ/2*
の関係がある。ここで、ｍはゼロより大きく、ｍは整数
に近い数である。すなわち、ｍ＞０でｍ＝ｉ＋εでｉ＝
0,1,2,…かつ−0.25＜ε＜0.25である。間隙長ｄは有限
でなければならず、間隙に光学的不連続が現れるよう
に、ゼロに等しくてはならない。
ラーフアセツト12及び22を通して部分の光学的結合をす
る。電気的分離の程度は、間隙３の深さと、直接関連す
る。電気的分離は結合空胴レーザにとつて重要である。
なぜならば、それにより部分１及び２を相互に分離して
電気的にバイアスできるからである。間隙３の長さｄも
また空胴間の光学的結合の程度とともに、電気的分離の
程度にも影響を及ぼす。間隙長ｄは典型的な場合、間隙
３中の回折損のため10λより小さく選択される。ここ
で、λはレーザの出力波長である。以下で示す理由によ
り、所望の間隙長ｄはレーザの出力波長とｄ〜ｍλ/2*
の関係がある。ここで、ｍはゼロより大きく、ｍは整数
に近い数である。すなわち、ｍ＞０でｍ＝ｉ＋εでｉ＝
0,1,2,…かつ−0.25＜ε＜0.25である。間隙長ｄは有限
でなければならず、間隙に光学的不連続が現れるよう
に、ゼロに等しくてはならない。
部分１及び２間の有効な光学的結合は、部分１及び２
の縦方向ストライプを本質的に直線的に配置し、部分１
及び２の活性又は光導波層を、本質的に同一面に配置す
ることにより増す。
の縦方向ストライプを本質的に直線的に配置し、部分１
及び２の活性又は光導波層を、本質的に同一面に配置す
ることにより増す。
部分１及び２はそれぞれ半導体共振空胴を形成する。
部分１中に形成された共振空胴は、ミラーフアセツト11
及び12を含み、一方部分２中に形成された共振空胴は、
ミラーフアセツト21及び22を含む。間隙３もまたミラー
フアセツト12及び22間に形成された共振空胴である。
部分１中に形成された共振空胴は、ミラーフアセツト11
及び12を含み、一方部分２中に形成された共振空胴は、
ミラーフアセツト21及び22を含む。間隙３もまたミラー
フアセツト12及び22間に形成された共振空胴である。
一般に、この型の半導体レーザは、エピタキシヤル成
長され、相互に本質的に格子定数の整合がとれている。
レーザの各層はIII−Ｖ族又はII-VI族の化合物半導体材
料から成る。たとえば、ヘテロ構造はInPとInGaAsPの層
を交互に成長させることにより作られる。ストライプ状
のデバイスは、空胴結合レーザとして適している。周知
のストライプ状デバイスには、埋め込みヘテロ構造レー
ザ、Ｖ−溝又は埋め込み新月状レーザ及び波形導波路レ
ーザが含まれる。これらのレーザデバイスは、単一横モ
ードを示す光導波路を有することが望ましいが、屈折率
導波又は利得導波構造のいずれかでよい。加えて、部分
１及び２のレーザ構造は、異なる可能性がある。
長され、相互に本質的に格子定数の整合がとれている。
レーザの各層はIII−Ｖ族又はII-VI族の化合物半導体材
料から成る。たとえば、ヘテロ構造はInPとInGaAsPの層
を交互に成長させることにより作られる。ストライプ状
のデバイスは、空胴結合レーザとして適している。周知
のストライプ状デバイスには、埋め込みヘテロ構造レー
ザ、Ｖ−溝又は埋め込み新月状レーザ及び波形導波路レ
ーザが含まれる。これらのレーザデバイスは、単一横モ
ードを示す光導波路を有することが望ましいが、屈折率
導波又は利得導波構造のいずれかでよい。加えて、部分
１及び２のレーザ構造は、異なる可能性がある。
本質的に同一の光学的特性を有するミラーフアセツト
12及び22により区切られた間隙３の場合、２個の複素波
動散乱パラメータが、間隙３の透過及び反射特性を規定
する。これらのパラメータは正味の反射Ｓ11及び正味の
透過Ｓ12である。長さｄの平行平面間隙を仮定すると、
導波モードに対する単一フアセツトの反射率±rd、間隙
３中の単一路又はくり返し路に対する回折及びモード再
励起損を考慮するための振幅透過要因ｔ及びｔ′に対
し、正味の反射Ｓ11は次のように得られる。
12及び22により区切られた間隙３の場合、２個の複素波
動散乱パラメータが、間隙３の透過及び反射特性を規定
する。これらのパラメータは正味の反射Ｓ11及び正味の
透過Ｓ12である。長さｄの平行平面間隙を仮定すると、
導波モードに対する単一フアセツトの反射率±rd、間隙
３中の単一路又はくり返し路に対する回折及びモード再
励起損を考慮するための振幅透過要因ｔ及びｔ′に対
し、正味の反射Ｓ11は次のように得られる。
正味の透過Ｓ12は、次のように得られる。
第（１）及び（２）式から、間隙３もまた共振空洞
で、それにより二つの部分の結合空胴は、実際には３個
の空胴部分をもつ。従つて、間隙振幅透過及び位相要因
は、間隙３の適切な設計により、独立に制御することが
できる。伝搬長ｄ及び2dに対する振幅透過係数ｔ及び
ｔ′は、基板平面中の回折を無視（広スラブ近似）し、
基板面に垂直なガウス形回折を用いて計算される。これ
らの近似により、以下の関係が導かれる。
で、それにより二つの部分の結合空胴は、実際には３個
の空胴部分をもつ。従つて、間隙振幅透過及び位相要因
は、間隙３の適切な設計により、独立に制御することが
できる。伝搬長ｄ及び2dに対する振幅透過係数ｔ及び
ｔ′は、基板平面中の回折を無視（広スラブ近似）し、
基板面に垂直なガウス形回折を用いて計算される。これ
らの近似により、以下の関係が導かれる。
ｔ（ｄ）＝〔2W0Ｗ（ｄ）／〔Ｗ2（ｄ）＋Ｗ0 2〕〕1/
2e−ｊβｄ （３） ここで、ｔ＝ｔ（ｄ）、ｔ′＝ｔ（2d）、Ｗ2（ｄ）＝
Ｗ0 2〔１＋（λd/πＷ0 2）2〕、β＝２π／λは溝中の
伝搬定数、 はたとえばInPをクラツドとした厚さｈの四元活性層の
場合の実効ガウスモード半値幅である。
2e−ｊβｄ （３） ここで、ｔ＝ｔ（ｄ）、ｔ′＝ｔ（2d）、Ｗ2（ｄ）＝
Ｗ0 2〔１＋（λd/πＷ0 2）2〕、β＝２π／λは溝中の
伝搬定数、 はたとえばInPをクラツドとした厚さｈの四元活性層の
場合の実効ガウスモード半値幅である。
二領域デバイスのモード構造は、横方向に一様な導波
機能を仮定した線形解析を用いて計算される。デバイス
の伝達関数Ｈ（λ）は、次のように得られる。
機能を仮定した線形解析を用いて計算される。デバイス
の伝達関数Ｈ（λ）は、次のように得られる。
ここで、ｒ1はミラーフアセツト11の振幅反射率、ｒ2は
ミラーフアセツト21の振幅反射率、ｔ1＝ｅ−jB1１及
びｔ2＝ｅ-jB2l2はそれぞれ部分１及び２の一光路空胴
伝達係数で、複素伝達定数Ｂ1は、次のように規定され
る。
ミラーフアセツト21の振幅反射率、ｔ1＝ｅ−jB1１及
びｔ2＝ｅ-jB2l2はそれぞれ部分１及び２の一光路空胴
伝達係数で、複素伝達定数Ｂ1は、次のように規定され
る。
Bi＝βｉ−ｊαi/2 （５） βｉ＝２πni/λ0ｉ及びαｉはｉ＝１、２に対する増分
伝搬位相及びパワー利得定数である。ｎ1は部分１の実
効屈折率、ｎ2は部分２の実効屈折率である。第（４）
式中の伝達関数Ｈ（λ）は、飽和効果が起る前の閾値光
パワーレベル以下の結合空胴レーザの応答を表す。
伝搬位相及びパワー利得定数である。ｎ1は部分１の実
効屈折率、ｎ2は部分２の実効屈折率である。第（４）
式中の伝達関数Ｈ（λ）は、飽和効果が起る前の閾値光
パワーレベル以下の結合空胴レーザの応答を表す。
多くの場合、部分２は部分２の効果と空胴内間隙３を
結びつける等価ミラーを通して、部分１中のフアブリー
ペロー（FP）モードの損失を変調する能動エタロンとし
て扱うことができる。結合空胴レーザにおいて、ミラー
フアセツト12を通して部分１中のモードに当てられる光
は、部分１中で生じるフイルタを通つた光α1Ｒ（λ）
と外部光源ｆ（Ｎ2）からのある程度の追加される光か
ら成る。ｆ（Ｎ2）≪α1Ｒ（λ）であるすべての場合、
部分１の外側の構造は、反射率Ｒ（λ）の実効ミラーか
ら成ると言うことができる。もし、直線性が仮定できる
ならば、 である。共振条件に対応して、Ｒ（λ）の位相φRは、
フアブリーペローモードシフトλFP−λFP1を決る。
結びつける等価ミラーを通して、部分１中のフアブリー
ペロー（FP）モードの損失を変調する能動エタロンとし
て扱うことができる。結合空胴レーザにおいて、ミラー
フアセツト12を通して部分１中のモードに当てられる光
は、部分１中で生じるフイルタを通つた光α1Ｒ（λ）
と外部光源ｆ（Ｎ2）からのある程度の追加される光か
ら成る。ｆ（Ｎ2）≪α1Ｒ（λ）であるすべての場合、
部分１の外側の構造は、反射率Ｒ（λ）の実効ミラーか
ら成ると言うことができる。もし、直線性が仮定できる
ならば、 である。共振条件に対応して、Ｒ（λ）の位相φRは、
フアブリーペローモードシフトλFP−λFP1を決る。
ここで、Ｍ1はモード数、λFPはフアブリーペローモー
ド波長、λFP1はφR（λ）＝０で規定される部分１のフ
アブリーペローモード波長である。Ｒ（λ）の大きさ
は、対応するミラー損失の包絡線を決定する。
ド波長、λFP1はφR（λ）＝０で規定される部分１のフ
アブリーペローモード波長である。Ｒ（λ）の大きさ
は、対応するミラー損失の包絡線を決定する。
明らかに、|R（λ）｜の最大値はαR（λ）の最小値
を与え、そこでフアブリーペローモードは強められる。
この増加の質及び隣接したフアブリーペローモードに対
する差異の程度は、|R（λ）｜の最大値付近におけるそ
の微細さの質に依存する。Ｒ（λ）が最も微細になるの
は、第（６）式中の第２項の共振付近で、第（６）式は
部分２からの帰還を表す。|R（λ）｜は第（６）式中の
二つの項が加えられるか、あるいはＳ12 2がＳ11 2と同じ
位相をもつと最大になる。第１図に示される間隙３の場
合、最適な条件は間隙長ｄが光出力信号の波長の４分の
１の偶数にあるときに対応する。すなわち、 第２図は部分長ｌ1≫ｌ2に対する第１図の結合空胴レ
ーザのいくつかの基本的なパラメータを示す簡単化され
たダイアグラムである。これらのパラメータはフアブリ
ーペローモード位置、λFP；損失又は閾値利得包絡線α
th（λ）；材料利得分布ｇ（λ）である。
を与え、そこでフアブリーペローモードは強められる。
この増加の質及び隣接したフアブリーペローモードに対
する差異の程度は、|R（λ）｜の最大値付近におけるそ
の微細さの質に依存する。Ｒ（λ）が最も微細になるの
は、第（６）式中の第２項の共振付近で、第（６）式は
部分２からの帰還を表す。|R（λ）｜は第（６）式中の
二つの項が加えられるか、あるいはＳ12 2がＳ11 2と同じ
位相をもつと最大になる。第１図に示される間隙３の場
合、最適な条件は間隙長ｄが光出力信号の波長の４分の
１の偶数にあるときに対応する。すなわち、 第２図は部分長ｌ1≫ｌ2に対する第１図の結合空胴レ
ーザのいくつかの基本的なパラメータを示す簡単化され
たダイアグラムである。これらのパラメータはフアブリ
ーペローモード位置、λFP；損失又は閾値利得包絡線α
th（λ）；材料利得分布ｇ（λ）である。
部分長ｌ1≫ｌ2の場合、図示されるように、損失包絡
線αth（λ）は、ミラー損失包絡線αR（λ）に等し
い。損失包絡線の周期ΔλFP2は、第２図に示されるよ
うなものであり、λ2/2n2ｌ2に等しい。部分１に対する
レーザのフアブリーペローモードλFP1及び部分２に対
するλFP2により、部分２は対応するミラー損包絡線αR
（λ）を通して、部分１中の等価なミラー損を変調する
弱いエタロンフイルタとして働く。部分２のフアブリー
ペローモードにより起されるモード引込みはほとんどな
い。結合空胴に対するフアブリーペローモード間隔Δλ
FPは、Ｒ（λ）の第１項が第２項より大きい限り、部分
１の場合のモード間隔ΔλFP1にほぼ等しい。
線αth（λ）は、ミラー損失包絡線αR（λ）に等し
い。損失包絡線の周期ΔλFP2は、第２図に示されるよ
うなものであり、λ2/2n2ｌ2に等しい。部分１に対する
レーザのフアブリーペローモードλFP1及び部分２に対
するλFP2により、部分２は対応するミラー損包絡線αR
（λ）を通して、部分１中の等価なミラー損を変調する
弱いエタロンフイルタとして働く。部分２のフアブリー
ペローモードにより起されるモード引込みはほとんどな
い。結合空胴に対するフアブリーペローモード間隔Δλ
FPは、Ｒ（λ）の第１項が第２項より大きい限り、部分
１の場合のモード間隔ΔλFP1にほぼ等しい。
ｌ1〜ｌ2でｌ2＞ｌ1/2の部分長の場合、以下で本質的
に等部分長とよぶが、損失包絡線αth（λ）は対応する
ミラー損失包絡線αR（λ）に対して振動するフアブリ
ーペローモードλFPの結果である。この損失包絡線の周
期は、λ2/2（ｎ1ｌ1−ｎ2ｌ2）に等しい。やはり結合
されたフアブリーペローモード間隔ΔλFPは、部分１の
場合のモード間隔ΔλFP1にほぼ等しい。
に等部分長とよぶが、損失包絡線αth（λ）は対応する
ミラー損失包絡線αR（λ）に対して振動するフアブリ
ーペローモードλFPの結果である。この損失包絡線の周
期は、λ2/2（ｎ1ｌ1−ｎ2ｌ2）に等しい。やはり結合
されたフアブリーペローモード間隔ΔλFPは、部分１の
場合のモード間隔ΔλFP1にほぼ等しい。
部分長ｌ1及びｌ2は結合空胴レーザからの光出力中の
好ましくない縦モードを最適制御し、抑えるために、両
方とも重要である。このことは、部分長はそれぞれ、ま
た組合さつて、損失包絡線αth（λ）及び隣接したモー
ドΔα1の損失許容度に影響を及ぼす。たとえば、部分
長ｌ1及びｌ2は損失包絡線αth（λ）の周期が、単一主
モード以外の再励起モードが、材料利得分布ｇ（λ）内
に現われないように、十分大きくすべく適切に選ぶべき
である。一方、部分長ｌ1及びｌ2は、損失包絡線α
th（λ）の周期が、特定の損失許容度Δα1が得られる
よう、十分小さくなるように適切に選択すべきである。
好ましくない縦モードを最適制御し、抑えるために、両
方とも重要である。このことは、部分長はそれぞれ、ま
た組合さつて、損失包絡線αth（λ）及び隣接したモー
ドΔα1の損失許容度に影響を及ぼす。たとえば、部分
長ｌ1及びｌ2は損失包絡線αth（λ）の周期が、単一主
モード以外の再励起モードが、材料利得分布ｇ（λ）内
に現われないように、十分大きくすべく適切に選ぶべき
である。一方、部分長ｌ1及びｌ2は、損失包絡線α
th（λ）の周期が、特定の損失許容度Δα1が得られる
よう、十分小さくなるように適切に選択すべきである。
InGaAsP/InPヘテロ構造レーザの場合、損失包絡線α
th（λ）の周期は、60ないし250オングストロームの間
が好ましい。部分長が本質的に等しくない（ｌ1≫ｌ2）
時、損失包絡線αth（λ）の周期のこの範囲を実現する
ために、ｌ2は40ミクロンより小さいか等しくすべき
で、損失包絡線αth（λ）の一周期中の最大モード数
は、20より少いか等しくするのが好ましい。ここでｌ1
／（ｌ1−ｌ2）20である。部分長が本質的に等しい
（ｌ1〜ｌ2）時、同様の結果を得るために、部分長の差
（ｌ1−ｌ2）は40ミクロンより小さいか等しくすべき
で、損失包絡線αth（λ）の一周期中の最大モード数
は、20より小さいか等しくすべきである。ここで、〔ｌ
1／（ｌ1−ｌ2）〕20である。
th（λ）の周期は、60ないし250オングストロームの間
が好ましい。部分長が本質的に等しくない（ｌ1≫ｌ2）
時、損失包絡線αth（λ）の周期のこの範囲を実現する
ために、ｌ2は40ミクロンより小さいか等しくすべき
で、損失包絡線αth（λ）の一周期中の最大モード数
は、20より少いか等しくするのが好ましい。ここでｌ1
／（ｌ1−ｌ2）20である。部分長が本質的に等しい
（ｌ1〜ｌ2）時、同様の結果を得るために、部分長の差
（ｌ1−ｌ2）は40ミクロンより小さいか等しくすべき
で、損失包絡線αth（λ）の一周期中の最大モード数
は、20より小さいか等しくすべきである。ここで、〔ｌ
1／（ｌ1−ｌ2）〕20である。
第１図に示されたデバイスの場合、モードに対する最
適な識別が得られ、その後高速変調下における単一縦モ
ードを発生させるために、レーザ出力スペクトルを十分
制御する目的で、光学長ｎ1ｌ1又はｎ2ｌ2又は間隙長ｄ
を、微調整することが一般に必要である。典型的な場
合、所望のフアブリーペローモードλFPを有する損失包
絡線αth（λ）中の最小値を調整し、次に特定の部分中
に注入された電流を有するその部分の屈折率を制御よく
変えることにより、任意の部分長を保つことが必要であ
る。あるいは、電子光学効果を屈折率を変化させるため
に用いることができる。そのような電子光学効果の一つ
については、エフ・ラインハルト（F.Reinhart）らによ
り、アプライド・フイジツクス・レターズ（Appl.Phys.
Letters）、第27巻、532-534頁（1975）に述べられてい
る。
適な識別が得られ、その後高速変調下における単一縦モ
ードを発生させるために、レーザ出力スペクトルを十分
制御する目的で、光学長ｎ1ｌ1又はｎ2ｌ2又は間隙長ｄ
を、微調整することが一般に必要である。典型的な場
合、所望のフアブリーペローモードλFPを有する損失包
絡線αth（λ）中の最小値を調整し、次に特定の部分中
に注入された電流を有するその部分の屈折率を制御よく
変えることにより、任意の部分長を保つことが必要であ
る。あるいは、電子光学効果を屈折率を変化させるため
に用いることができる。そのような電子光学効果の一つ
については、エフ・ラインハルト（F.Reinhart）らによ
り、アプライド・フイジツクス・レターズ（Appl.Phys.
Letters）、第27巻、532-534頁（1975）に述べられてい
る。
フアブリーペローモードの位置λFP又は損失包絡線の
最小値による本質的に等しくない長さの部分（ｌ1≫
ｌ2）の場合の隣接モードに対する波長シフトΔλsは、
部分１の場合光学長のシフトにより、フアブリーペロー
モード位置を移動させるために、 で得られる。なぜならば、 あるいは部分２の場合の光学長シフトは、損失包絡線を
シフトさせるために、 で得られる。なぜならば 本質的に等しい部分長（ｌ1〜ｌ2）の場合、これは部分
１中の光学長シフトにより、フアブリーペローモード位
置をシフトさせるために、 で得られる。なぜならば あるいは部分２中の一光学路長シフトにより、損失包絡
線をシフトさせるために で与えられる。なぜならば、 上の式はまた、もし Δ（ｎ1ｌ1）/n1ｌ1＝Δ（ｎ2ｌ2）/n2ｌ2 （18） の関係が満されるならば、フアブリーペローモードと損
失包絡線αth（λ）の両方が、モードのとびや損失許容
度Δα1の劣化を起さないようにシフトすることを示し
ている。この後者の点は、直接温度安定性と関係してい
る。なぜならば、第（18）式は閾値以下では同様の入力
電流密度で自然に満される傾向があるからである。しか
し、一つの部分を閾値以上にバイアスし、他方の部分を
閾値以下にバイアスした場合、部分１及び２の屈折率
は、同様の温度変化に応答して異なる量だけ変化し、そ
れにより補償の必要性が示される。注入電流の直接パル
ス変調の場合、変調電流のオン／オフ遷移中モードのと
びを避けるために、第（18）式もまたほぼ満足されなけ
ればならない。このことは一般に、少くとも一部の変調
信号を部分１及び２に加え、変調中そのようなモードの
とびを同時に避けるようにし、それによつて単一縦モー
ドを保つことを示唆している。
最小値による本質的に等しくない長さの部分（ｌ1≫
ｌ2）の場合の隣接モードに対する波長シフトΔλsは、
部分１の場合光学長のシフトにより、フアブリーペロー
モード位置を移動させるために、 で得られる。なぜならば、 あるいは部分２の場合の光学長シフトは、損失包絡線を
シフトさせるために、 で得られる。なぜならば 本質的に等しい部分長（ｌ1〜ｌ2）の場合、これは部分
１中の光学長シフトにより、フアブリーペローモード位
置をシフトさせるために、 で得られる。なぜならば あるいは部分２中の一光学路長シフトにより、損失包絡
線をシフトさせるために で与えられる。なぜならば、 上の式はまた、もし Δ（ｎ1ｌ1）/n1ｌ1＝Δ（ｎ2ｌ2）/n2ｌ2 （18） の関係が満されるならば、フアブリーペローモードと損
失包絡線αth（λ）の両方が、モードのとびや損失許容
度Δα1の劣化を起さないようにシフトすることを示し
ている。この後者の点は、直接温度安定性と関係してい
る。なぜならば、第（18）式は閾値以下では同様の入力
電流密度で自然に満される傾向があるからである。しか
し、一つの部分を閾値以上にバイアスし、他方の部分を
閾値以下にバイアスした場合、部分１及び２の屈折率
は、同様の温度変化に応答して異なる量だけ変化し、そ
れにより補償の必要性が示される。注入電流の直接パル
ス変調の場合、変調電流のオン／オフ遷移中モードのと
びを避けるために、第（18）式もまたほぼ満足されなけ
ればならない。このことは一般に、少くとも一部の変調
信号を部分１及び２に加え、変調中そのようなモードの
とびを同時に避けるようにし、それによつて単一縦モー
ドを保つことを示唆している。
第（10）−（17）式は光路長変化Δ（nl）と損失包絡
線又はフアブリーペローモード波長のシフトとの関係を
示している。これら光路長が変化する結果、出力光スペ
クトルの波長を隣接したモードへ移動させるか、飛び越
させることが可能である。出力光信号の波長をフアブリ
ーペローモード間隔より大きく、又は小さくシフトさせ
るため、それに比例してより大きな又はより小さな光路
長変化が必要であることは明らかである。
線又はフアブリーペローモード波長のシフトとの関係を
示している。これら光路長が変化する結果、出力光スペ
クトルの波長を隣接したモードへ移動させるか、飛び越
させることが可能である。出力光信号の波長をフアブリ
ーペローモード間隔より大きく、又は小さくシフトさせ
るため、それに比例してより大きな又はより小さな光路
長変化が必要であることは明らかである。
第（10）−（17）式はまた部分長が本質的に等しくな
い（ｌ1≫ｌ2）時、結合空胴レーザは部分長が本質的に
等しい時より、より安定であることも示している。言い
かえると、部分長が本質的に等しい時、結合空胴レーザ
はより容易に同調あるいは調整される。なぜならば、モ
ードシフトに必要な波長シフトΔλsは、部分長が本質
的に等しくない時必要なシフトより、小さいからであ
る。
い（ｌ1≫ｌ2）時、結合空胴レーザは部分長が本質的に
等しい時より、より安定であることも示している。言い
かえると、部分長が本質的に等しい時、結合空胴レーザ
はより容易に同調あるいは調整される。なぜならば、モ
ードシフトに必要な波長シフトΔλsは、部分長が本質
的に等しくない時必要なシフトより、小さいからであ
る。
第（10）−（17）式及び各部分の屈折率がその部分へ
の入力電流に依存するとう事実から、結合空胴レーザの
各部分における屈折率を調整するために必要な入力電流
の変化を決めることが可能である。調整の目的は、
（１）フアブリーペロー波長を損失包絡線の望ましい最
小値に移動させる、（２）損失包絡線の最小値を所望の
フアブリーペローモード波長に移動させる、（３）フア
ブリーペローモード波長及び損失包絡線の最小値の両方
を、材料利得分布の最大値に一致するよう移動させる、
（４）フアブリーペローモード波長及び損失包絡線の最
小値の両方を、レーザが周波数変調（波長掃引）されて
いる時も、両方の一致が保たれるように移動させる、
（５）損失包絡線の最小値及びフアブリーペローモード
波長を、先に述べた方式のいずれかにより移動させるこ
とである。これらのことができることは、レーザからの
光出力を安定化しかつ制御するのに有用で、それによつ
て所望の単一縦モード、すなわち単一波長が雰囲気の変
化にもかかわらず生じる。同様に重要なことは、このよ
うにできることは、連続（FM）又はデイスクリート（FS
K）周波数変調をするために利用できることである。連
続周波数変調の場合、レーザによる単一縦モード出力の
波長は、変調信号に応答して連続的にシフトすることで
ある。すなわち、両屈折率ｎ1及びｎ2は変化し、一方第
（18）式が満される。デイスクリート周波数変調の場
合、レーザに加えられた変調信号は、レーザ出力の波長
を異なる単一縦モード間にとび越させるために、修正さ
れる。
の入力電流に依存するとう事実から、結合空胴レーザの
各部分における屈折率を調整するために必要な入力電流
の変化を決めることが可能である。調整の目的は、
（１）フアブリーペロー波長を損失包絡線の望ましい最
小値に移動させる、（２）損失包絡線の最小値を所望の
フアブリーペローモード波長に移動させる、（３）フア
ブリーペローモード波長及び損失包絡線の最小値の両方
を、材料利得分布の最大値に一致するよう移動させる、
（４）フアブリーペローモード波長及び損失包絡線の最
小値の両方を、レーザが周波数変調（波長掃引）されて
いる時も、両方の一致が保たれるように移動させる、
（５）損失包絡線の最小値及びフアブリーペローモード
波長を、先に述べた方式のいずれかにより移動させるこ
とである。これらのことができることは、レーザからの
光出力を安定化しかつ制御するのに有用で、それによつ
て所望の単一縦モード、すなわち単一波長が雰囲気の変
化にもかかわらず生じる。同様に重要なことは、このよ
うにできることは、連続（FM）又はデイスクリート（FS
K）周波数変調をするために利用できることである。連
続周波数変調の場合、レーザによる単一縦モード出力の
波長は、変調信号に応答して連続的にシフトすることで
ある。すなわち、両屈折率ｎ1及びｎ2は変化し、一方第
（18）式が満される。デイスクリート周波数変調の場
合、レーザに加えられた変調信号は、レーザ出力の波長
を異なる単一縦モード間にとび越させるために、修正さ
れる。
本発明の別の点によると、変調から生じるレーザ中の
屈折率の変化によつて起るチヤーピングの補償が可能で
ある。変調条件下において、第１図中のレーザは、変調
電流のオン／オフ特性がレーザの屈折率を変化させるた
め、通常波長チヤーピングを経験する。このチヤーピン
グは実効ミラー反射率の位相φRをΔφRだけ変えること
により、本質的に除去される。固定されたフアブリーペ
ローモード位置λFPと部分１のモード数Ｍ1を保つた
め、第（７）式から次のことが必要となる。
屈折率の変化によつて起るチヤーピングの補償が可能で
ある。変調条件下において、第１図中のレーザは、変調
電流のオン／オフ特性がレーザの屈折率を変化させるた
め、通常波長チヤーピングを経験する。このチヤーピン
グは実効ミラー反射率の位相φRをΔφRだけ変えること
により、本質的に除去される。固定されたフアブリーペ
ローモード位置λFPと部分１のモード数Ｍ1を保つた
め、第（７）式から次のことが必要となる。
ここで、Δｎ1は部分１の屈折率のシフトである。部分
２が閾値近くにバイアスされ、β2ｌ2〜２πＭ2である
と仮定すると、第（６）式から以下のことが示される。
２が閾値近くにバイアスされ、β2ｌ2〜２πＭ2である
と仮定すると、第（６）式から以下のことが示される。
この式は第（18）式に反するから、単一縦モードチヤー
プ補償は、モードホツピングを避けるため、部分２の光
学長の小さな変化ｎ2ｌ2に限定される。
プ補償は、モードホツピングを避けるため、部分２の光
学長の小さな変化ｎ2ｌ2に限定される。
結合空胴レーザのスペクトル制御理論に関する先の説
明をみると、損失包絡線αth（λ）中の波長シフト又は
フアブリーペローモード位置λFPの波長シフトを起すた
めに、本発明に従い所望の一連の制御回路が開発されて
いる。これらのいくつかが、第３ないし９図に示されて
いる。
明をみると、損失包絡線αth（λ）中の波長シフト又は
フアブリーペローモード位置λFPの波長シフトを起すた
めに、本発明に従い所望の一連の制御回路が開発されて
いる。これらのいくつかが、第３ないし９図に示されて
いる。
第３図は印加電流を通して、レーザの各部分（第１
図）の利得及び屈折率を調整できる帰還制御回路を示
す。第３図中の回路はいずれかの端部ミラーフアセツ
ト、たとえば部分２のフアセツト21に、光学的に結合さ
れている。従つて、図示されているように、光出力23は
光フアイバ入力端子300への入力である。
図）の利得及び屈折率を調整できる帰還制御回路を示
す。第３図中の回路はいずれかの端部ミラーフアセツ
ト、たとえば部分２のフアセツト21に、光学的に結合さ
れている。従つて、図示されているように、光出力23は
光フアイバ入力端子300への入力である。
第３図の帰還制御回路は、二つの回路部分を含み、第
１の回路部分は光検出器301、増幅器302、加算器304及
び部分１の利得を制御よく調整するための信号スプリツ
タ311から成り、第２の回路部分は光検出器301、位相検
出器305、基準発振器306、増幅器307、加算器309、dc阻
止回路310及び部分２の屈折率を制御よく調整するため
の信号スプリツタ311から成る。
１の回路部分は光検出器301、増幅器302、加算器304及
び部分１の利得を制御よく調整するための信号スプリツ
タ311から成り、第２の回路部分は光検出器301、位相検
出器305、基準発振器306、増幅器307、加算器309、dc阻
止回路310及び部分２の屈折率を制御よく調整するため
の信号スプリツタ311から成る。
第１の回路部分において、光検出器301は端子300にお
ける光信号入力に応答して光電流出力を発生する。光電
流は増幅器302の端子303において、振幅基準レベル、dc
信号、と比較される。誤差又は差信号は増幅器302によ
り発生し、次に加算器中で信号スプリツタ311からの変
調信号出力に加えられ、結合空胴レーザの部分１へのバ
イアス電流を制御する。この部分の時定数は基準発振器
306からの信号の１周期より少くとも長い。
ける光信号入力に応答して光電流出力を発生する。光電
流は増幅器302の端子303において、振幅基準レベル、dc
信号、と比較される。誤差又は差信号は増幅器302によ
り発生し、次に加算器中で信号スプリツタ311からの変
調信号出力に加えられ、結合空胴レーザの部分１へのバ
イアス電流を制御する。この部分の時定数は基準発振器
306からの信号の１周期より少くとも長い。
信号スプリツタ311は端子312に加えられる変調信号を
受け、変調信号を二つの内部部分に沿つて分割し、各内
部部分は受信された変調信号のあらかじめ決められた部
分を、対応するレーザ部分に加える。二つの内部部分上
の変調信号のあらかじめ決められた割合は、変調中単一
縦モードを保つよう相互に選択される。高速変調の場
合、信号スプリツタ311は少くとも２個の抵抗から成る
調整可能な能動又は受動分割回路により、実現される。
電子的な調整をする場合、たとえばｐ−ｉ−ｎダイオー
ドを用いてもよい。
受け、変調信号を二つの内部部分に沿つて分割し、各内
部部分は受信された変調信号のあらかじめ決められた部
分を、対応するレーザ部分に加える。二つの内部部分上
の変調信号のあらかじめ決められた割合は、変調中単一
縦モードを保つよう相互に選択される。高速変調の場
合、信号スプリツタ311は少くとも２個の抵抗から成る
調整可能な能動又は受動分割回路により、実現される。
電子的な調整をする場合、たとえばｐ−ｉ−ｎダイオー
ドを用いてもよい。
第２の回路部分において、光検出器301からの光電流
は、基準発振器306からの小振幅、低周波信号ととも
に、位相検出器305に印加される。位相検出器305は基準
発振器306の位相に対するレーザ出力の位相に比例した
出力信号を発生する。レーザ出力位相はレーザの部分２
の屈折率変化に応答して変化する。部分２の屈折率は、
基準発振器306により生じ、dc阻止回路310及び加算器30
9を通して部分２に印加される小振幅、低周波信号に応
答して変化する。基準発振器306からの信号に対する望
ましい周波数範囲は、100HZないし10kHZである。位相検
出器305からの出力信号は、増幅器307により、位相基準
レベルφREFに対して増幅される。すると、増幅器307か
らの出力は、部分２に流れる電流を調整するため、加算
器309に加えられる。従つて、部分２の屈折率は、損失
包絡線αth（λ）の最小値に一致する点に、調整され
る。このことはレーザの出力パワーはフアブリーペロー
モード波長が、損失包絡線最小値に対してずれた時、弱
められることを認識することによつて、容易に理解され
る。
は、基準発振器306からの小振幅、低周波信号ととも
に、位相検出器305に印加される。位相検出器305は基準
発振器306の位相に対するレーザ出力の位相に比例した
出力信号を発生する。レーザ出力位相はレーザの部分２
の屈折率変化に応答して変化する。部分２の屈折率は、
基準発振器306により生じ、dc阻止回路310及び加算器30
9を通して部分２に印加される小振幅、低周波信号に応
答して変化する。基準発振器306からの信号に対する望
ましい周波数範囲は、100HZないし10kHZである。位相検
出器305からの出力信号は、増幅器307により、位相基準
レベルφREFに対して増幅される。すると、増幅器307か
らの出力は、部分２に流れる電流を調整するため、加算
器309に加えられる。従つて、部分２の屈折率は、損失
包絡線αth（λ）の最小値に一致する点に、調整され
る。このことはレーザの出力パワーはフアブリーペロー
モード波長が、損失包絡線最小値に対してずれた時、弱
められることを認識することによつて、容易に理解され
る。
第４図は結合空胴レーザの出力スペクトルを制御する
ための、別の帰還制御回路を示す。この帰還制御回路も
また、二つの回路部分をもつ。第１の回路部分は、分光
器及び検出器401、ランプ信号発生器404、増幅器402、
加算器304及び信号スプリツタ311を含み、第２の信号回
路部分は、ランプ信号発生器404、分光器及び検出器40
1、サンプラ405、比形成回路407、差動増幅器408、加算
器309及び信号スプリツタ311を含む。先の帰還制御回路
と同様、変調信号は信号スプリツタ311の端子312に加え
られ、信号スプリツタ311の出力は、加算器304及び309
に加えられる。レーザの端部ミラーフアセツトからの出
力信号、すなわちこの例では部分２のミラーフアセツト
からの出力信号は、分光器及び検出器401の光フアイバ
端子400に加えられる。分光器及び検出器401は、なめら
かな出力スペクトル信号406が生じるように、ランプ信
号発生器404からの低周波出力信号により、レーザ出力
信号の対象とする帯域に渡つて走査される。ランプ信号
発生器404による低周波信号出力は、たとえば三角波信
号又は鋸歯状信号又は傾斜形信号で、走査されスペクト
ル406を発生するレーザ出力の帯域に関連した振幅と、
予想されるドリフト時間及び変調電流周期の中間の周期
を有する。
ための、別の帰還制御回路を示す。この帰還制御回路も
また、二つの回路部分をもつ。第１の回路部分は、分光
器及び検出器401、ランプ信号発生器404、増幅器402、
加算器304及び信号スプリツタ311を含み、第２の信号回
路部分は、ランプ信号発生器404、分光器及び検出器40
1、サンプラ405、比形成回路407、差動増幅器408、加算
器309及び信号スプリツタ311を含む。先の帰還制御回路
と同様、変調信号は信号スプリツタ311の端子312に加え
られ、信号スプリツタ311の出力は、加算器304及び309
に加えられる。レーザの端部ミラーフアセツトからの出
力信号、すなわちこの例では部分２のミラーフアセツト
からの出力信号は、分光器及び検出器401の光フアイバ
端子400に加えられる。分光器及び検出器401は、なめら
かな出力スペクトル信号406が生じるように、ランプ信
号発生器404からの低周波出力信号により、レーザ出力
信号の対象とする帯域に渡つて走査される。ランプ信号
発生器404による低周波信号出力は、たとえば三角波信
号又は鋸歯状信号又は傾斜形信号で、走査されスペクト
ル406を発生するレーザ出力の帯域に関連した振幅と、
予想されるドリフト時間及び変調電流周期の中間の周期
を有する。
第１の回路部分に沿つて、連続してスペクトル信号40
6が、増幅器402により端子403からの振幅基準レベルと
比較される。増幅器402は部分１へのバイアス電流を制
御するために使われる出力信号を発生する。この回路部
分の時定数は、すべてのスペクトル成分が加算されるよ
うに、ランプ発生器404からの信号の１周期より小さく
なければならない。
6が、増幅器402により端子403からの振幅基準レベルと
比較される。増幅器402は部分１へのバイアス電流を制
御するために使われる出力信号を発生する。この回路部
分の時定数は、すべてのスペクトル成分が加算されるよ
うに、ランプ発生器404からの信号の１周期より小さく
なければならない。
第２の回路部分において、サンプラ405はサンプルし
保持する回路で、少くとも主モードＶ2及び二つのサイ
ドモードＶ1及びＶ3の振幅を測る。これらの３つの振幅
は、比形成回路407への出力で、主モードに対するサイ
ドモードの振幅比すなわちＶ1/V2及びＶ3/V2を発生する
ためのものである。両方の振幅比はレーザのモード中の
シフト方向を表す出力信号を発生させるために、差動増
幅器408の入力に加えられる。差動増幅器408からの出力
信号は、加算器309への入力で、部分２の屈折率を調整
及び制御するためのものである。二つの回路部分の時定
数は、基本的にランプ信号発生器404からの出力信号の
周期によつて決る。
保持する回路で、少くとも主モードＶ2及び二つのサイ
ドモードＶ1及びＶ3の振幅を測る。これらの３つの振幅
は、比形成回路407への出力で、主モードに対するサイ
ドモードの振幅比すなわちＶ1/V2及びＶ3/V2を発生する
ためのものである。両方の振幅比はレーザのモード中の
シフト方向を表す出力信号を発生させるために、差動増
幅器408の入力に加えられる。差動増幅器408からの出力
信号は、加算器309への入力で、部分２の屈折率を調整
及び制御するためのものである。二つの回路部分の時定
数は、基本的にランプ信号発生器404からの出力信号の
周期によつて決る。
結合空胴レーザが連続（FM）又はデイスクリート（FS
K）周波数変調方式で動作している時、信号スプリツタ3
11を通して各部分に加えられる変調信号レベルを調整す
ることが望ましい。このことは、サンプラ405とともに
分光器及び検出器401により作られる相対的な波長情報
を用いることにより、容易に実現される。
K）周波数変調方式で動作している時、信号スプリツタ3
11を通して各部分に加えられる変調信号レベルを調整す
ることが望ましい。このことは、サンプラ405とともに
分光器及び検出器401により作られる相対的な波長情報
を用いることにより、容易に実現される。
第５図は第４図の帰還制御回路におけるサンプラ40
5、比形成回路407及び増幅器408により行われるのと同
様の機能を果すために、VLSI回路又はマイクロコンピユ
ータで行うことのできるプロセスのフローチヤートであ
る。動作ブロツク500は主モードの振幅Ｖ2及びサイドモ
ードの振幅、たとえばＶ1を測定する。続いて、サイド
モード振幅と主モード振幅の比Ｖ1/V2が形成される。動
作ブロツク501はリード31上の加算器309を流れる電流
を、ΔＩだけ変化させる。動作ブロツク502は動作ブロ
ツク500からのサイドモード対主モード比を、レジスタ
γ中に蓄積させる。動作ブロツク503は次の組の主モー
ド及びサイドモード振幅を測定し、新しいサイドモード
振幅対主モード振幅比を計算する。制御は次に条件分枝
点504に移される。条件分枝点504において、最終のサイ
ドモード振幅対主モード振幅比は、レジスタの内容γと
比較される。もし比がγより小さければ、制御は動作ブ
ロツク501へのYES経路505に移される。しかし、もし比
がγより大きいと、制御はNO経路506に沿つて、動作ブ
ロツク507に移される。動作ブロツク507は電流値ΔＩを
永久に反転させ、加算器309を通してリード31に加えら
れる信号を、新しい量ΔＩだけ変化させる。次に、制御
は動作ブロツク501に戻される。
5、比形成回路407及び増幅器408により行われるのと同
様の機能を果すために、VLSI回路又はマイクロコンピユ
ータで行うことのできるプロセスのフローチヤートであ
る。動作ブロツク500は主モードの振幅Ｖ2及びサイドモ
ードの振幅、たとえばＶ1を測定する。続いて、サイド
モード振幅と主モード振幅の比Ｖ1/V2が形成される。動
作ブロツク501はリード31上の加算器309を流れる電流
を、ΔＩだけ変化させる。動作ブロツク502は動作ブロ
ツク500からのサイドモード対主モード比を、レジスタ
γ中に蓄積させる。動作ブロツク503は次の組の主モー
ド及びサイドモード振幅を測定し、新しいサイドモード
振幅対主モード振幅比を計算する。制御は次に条件分枝
点504に移される。条件分枝点504において、最終のサイ
ドモード振幅対主モード振幅比は、レジスタの内容γと
比較される。もし比がγより小さければ、制御は動作ブ
ロツク501へのYES経路505に移される。しかし、もし比
がγより大きいと、制御はNO経路506に沿つて、動作ブ
ロツク507に移される。動作ブロツク507は電流値ΔＩを
永久に反転させ、加算器309を通してリード31に加えら
れる信号を、新しい量ΔＩだけ変化させる。次に、制御
は動作ブロツク501に戻される。
第６図は結合空胴レーザの部分１及び２の屈折率を制
御よく変える帰還制御回路を示す。この帰還制御回路も
また、それぞれ部分１及び２に加えられる電流を制御す
るための第１及び第２の回路部分を含む。第１の回路部
分は制御可能な波長検出器601、ランプ信号発生器404、
増幅器402、信号スプリツタ311及び加算器304を含む。
第２の回路部分は、制御可能な波長検出器601、微分器6
06、ランプ信号発生器404、サンプラ405、比形成回路40
7、増幅器408、加算器309及び信号スプリツタ311を含
む。多くの回路要素については、他の図面に関連してす
でに述べたので、ここでは説明をくり返さない。
御よく変える帰還制御回路を示す。この帰還制御回路も
また、それぞれ部分１及び２に加えられる電流を制御す
るための第１及び第２の回路部分を含む。第１の回路部
分は制御可能な波長検出器601、ランプ信号発生器404、
増幅器402、信号スプリツタ311及び加算器304を含む。
第２の回路部分は、制御可能な波長検出器601、微分器6
06、ランプ信号発生器404、サンプラ405、比形成回路40
7、増幅器408、加算器309及び信号スプリツタ311を含
む。多くの回路要素については、他の図面に関連してす
でに述べたので、ここでは説明をくり返さない。
制御可能な波長検出器601は光フアイバ入力端子600を
通して、レーザからの光出力信号23を受ける。制御可能
な波長検出器601は、ランプ信号発生器404により発生し
た出力信号のような走査信号に応答して、その吸収特性
を変えるよう制御される。これはフランツーケルデイツ
シユ効果により実現される。実効的には、制御可能な波
長検出器601は、レーザからの光信号のすべてのより長
い波長に渡つて、可変遮断波長から積分する。制御可能
な波長検出器601からの出力は、増幅器402及び微分器60
6に加えられる。増幅器402は制御可能な波長検出器から
の出力信号の振幅を、端子403における基準レベルと比
較し、部分１の屈折率を調整するための電流信号を発生
する。
通して、レーザからの光出力信号23を受ける。制御可能
な波長検出器601は、ランプ信号発生器404により発生し
た出力信号のような走査信号に応答して、その吸収特性
を変えるよう制御される。これはフランツーケルデイツ
シユ効果により実現される。実効的には、制御可能な波
長検出器601は、レーザからの光信号のすべてのより長
い波長に渡つて、可変遮断波長から積分する。制御可能
な波長検出器601からの出力は、増幅器402及び微分器60
6に加えられる。増幅器402は制御可能な波長検出器から
の出力信号の振幅を、端子403における基準レベルと比
較し、部分１の屈折率を調整するための電流信号を発生
する。
微分器606はその入力信号の一次微分係数を表す出力
信号を発生する。微分器606からの出力信号は、本質的
に光出力信号23のスペクトルに等しい。微分器606は比
形成回路407によつて用いられる主モード及びサイドモ
ード振幅を発生するサンプラ405に接続されている。サ
ンプラ405、比形成回路407、微分増幅器408及び加算器3
09については、第３及び４図に関連して上で述べた。
信号を発生する。微分器606からの出力信号は、本質的
に光出力信号23のスペクトルに等しい。微分器606は比
形成回路407によつて用いられる主モード及びサイドモ
ード振幅を発生するサンプラ405に接続されている。サ
ンプラ405、比形成回路407、微分増幅器408及び加算器3
09については、第３及び４図に関連して上で述べた。
第７図はモノリシツク三領域結合空胴半導体レーザを
示し、その場合第３の領域は間隙５によつて、領域１か
ら分離された変調器（増幅器）領域４から成る。領域４
は端子電極32に印加される変調電流信号により、電子的
に制御される。変調電流信号は本質的に信号スプリツタ
311（第3,4及び６図）の入力端子312における信号と、
本質的に同一である。領域４から領域１への好ましくな
い光帰還を防止することにより、領域１及び４を分離す
るため、領域４の端部ミラーフアセツト上に、薄膜反射
防止被膜８を堆積させる。分離された変調（増幅）領域
の利点の一つは、光出力信号13′を光出力信号13より高
出力パワーとできることである。その理由は、領域４は
その利得特性の飽和レベル以下で動作させるからであ
る。また、モードの純度は端子電極30及び31により小さ
な変調が加えられた時、より容易に保たれる。
示し、その場合第３の領域は間隙５によつて、領域１か
ら分離された変調器（増幅器）領域４から成る。領域４
は端子電極32に印加される変調電流信号により、電子的
に制御される。変調電流信号は本質的に信号スプリツタ
311（第3,4及び６図）の入力端子312における信号と、
本質的に同一である。領域４から領域１への好ましくな
い光帰還を防止することにより、領域１及び４を分離す
るため、領域４の端部ミラーフアセツト上に、薄膜反射
防止被膜８を堆積させる。分離された変調（増幅）領域
の利点の一つは、光出力信号13′を光出力信号13より高
出力パワーとできることである。その理由は、領域４は
その利得特性の飽和レベル以下で動作させるからであ
る。また、モードの純度は端子電極30及び31により小さ
な変調が加えられた時、より容易に保たれる。
第８図はまたモノリシツク三領域デバイスで、それは
間隙７により領域２から分離された検出器領域６を含
む。領域６により生じた光電流は、端子電極33において
検知できる。あるいは、ランプ信号発生器404により生
じたような走査信号は、端子電極33上で検出器の入力に
することができる。
間隙７により領域２から分離された検出器領域６を含
む。領域６により生じた光電流は、端子電極33において
検知できる。あるいは、ランプ信号発生器404により生
じたような走査信号は、端子電極33上で検出器の入力に
することができる。
第９図は変調（増幅器）領域４とレーザ領域１及び２
を有する検出器領域６の組合せを示し、モノリシツク４
領域デバイスを形成する。
を有する検出器領域６の組合せを示し、モノリシツク４
領域デバイスを形成する。
第10図は領域２の光学長シフト、Δｎ2ｌ2、の間隙３
の二つの異なる長さの場合についての、結合空胴レーザ
特性への影響を示す。これら二つの曲線はｌ1≫ｌ2及び
ｌ1/l2〜７の場合に対応する。同様の曲線は空胴領域長
が本質的に等しい場合について計算できる。間隙長がレ
ーザの４分の１波長の奇数倍（たとえばｄ＝５λ/4）
で、損失包絡線αth（λ）が最小値にある（領域２は反
共振）場合である第10図中の下部左の曲線で示されるよ
うに、Δ（ｎ2ｌ2）の変化は出力パワーＰ0には、ほと
んど影響がない。また、微細さを改善するために領域２
への利得が増加すると、寄生的なモード選択性は減少す
る。なぜならば、領域２は損失最小において反共振だか
らである。一方、間隙長がレーザの４分の１波長の偶数
倍（たとえばｄ＝λ）であり、損失包絡線αth（λ）が
その最小値（領域２は共振）にある時、Δ（ｎ2ｌ2）の
変化はＰ0に大きな効果があり、上で述べた制御装置の
動作を増進する。また、領域２の利得の増加は、領域２
がαth（λ）の最小値において共振状態にあるため、本
質的によりよいモード識別ができる。従つて、間隙長ｄ
の適切な設計又は調整により、出力パワーＰ0対Δ（ｎ2
ｌ2）及び損失許容度Δα1の両方の変化が増し、結合空
胴レーザの隣接したモード識別が改善される。これらの
結果は間隙３の最初の製作上かつその後の必要に応じた
間隙長の制御された調整上重要である。
の二つの異なる長さの場合についての、結合空胴レーザ
特性への影響を示す。これら二つの曲線はｌ1≫ｌ2及び
ｌ1/l2〜７の場合に対応する。同様の曲線は空胴領域長
が本質的に等しい場合について計算できる。間隙長がレ
ーザの４分の１波長の奇数倍（たとえばｄ＝５λ/4）
で、損失包絡線αth（λ）が最小値にある（領域２は反
共振）場合である第10図中の下部左の曲線で示されるよ
うに、Δ（ｎ2ｌ2）の変化は出力パワーＰ0には、ほと
んど影響がない。また、微細さを改善するために領域２
への利得が増加すると、寄生的なモード選択性は減少す
る。なぜならば、領域２は損失最小において反共振だか
らである。一方、間隙長がレーザの４分の１波長の偶数
倍（たとえばｄ＝λ）であり、損失包絡線αth（λ）が
その最小値（領域２は共振）にある時、Δ（ｎ2ｌ2）の
変化はＰ0に大きな効果があり、上で述べた制御装置の
動作を増進する。また、領域２の利得の増加は、領域２
がαth（λ）の最小値において共振状態にあるため、本
質的によりよいモード識別ができる。従つて、間隙長ｄ
の適切な設計又は調整により、出力パワーＰ0対Δ（ｎ2
ｌ2）及び損失許容度Δα1の両方の変化が増し、結合空
胴レーザの隣接したモード識別が改善される。これらの
結果は間隙３の最初の製作上かつその後の必要に応じた
間隙長の制御された調整上重要である。
第11図は間隙３の場合についての空胴内間隙の調整に
適したレーザデバイスの実施例を示す。レーザの部分１
及び２はヒートシンク材料でもある燐青銅のような薄
く、柔軟で導電性の材料の調整可能なマウントプラツト
ホーム14上にマウントされる。分離層15は結合空銅レー
ザの一部分のみの下に延びる。この図に示されるよう
に、分離層15は領域１の一部分の下にあるが、間隙３下
には延びない。ヒートシンク16は熱シンクでデバイス全
体の構造的支持は、第11図に示されている。分離層15は
調整可能なマウントプラツトホーム14及びヒートシンク
16に堅固に固着されている。分離層15及びヒートシンク
16の両方は、銅のような導電性熱吸収性材料から成る。
間隙調整要素17は間隙３から離れた領域２下に配置され
ており、間隙長ｄを増加又は減少させるために、ヒート
シンク16に対して調整可能なマウントプラツトホーム14
をずらす目的で、ソード19上の比較的小さな振幅のdc間
隙調整信号に応答する。間隙調整要素17は、調整可能な
マウント用プラツトホーム14及びヒートシンク16と電気
的に接触している。間隙調整要素17は一対の交互に極性
の変るピエゾ電気材料層及び相対する極性の層間にはさ
まれた電極層18から成る。
適したレーザデバイスの実施例を示す。レーザの部分１
及び２はヒートシンク材料でもある燐青銅のような薄
く、柔軟で導電性の材料の調整可能なマウントプラツト
ホーム14上にマウントされる。分離層15は結合空銅レー
ザの一部分のみの下に延びる。この図に示されるよう
に、分離層15は領域１の一部分の下にあるが、間隙３下
には延びない。ヒートシンク16は熱シンクでデバイス全
体の構造的支持は、第11図に示されている。分離層15は
調整可能なマウントプラツトホーム14及びヒートシンク
16に堅固に固着されている。分離層15及びヒートシンク
16の両方は、銅のような導電性熱吸収性材料から成る。
間隙調整要素17は間隙３から離れた領域２下に配置され
ており、間隙長ｄを増加又は減少させるために、ヒート
シンク16に対して調整可能なマウントプラツトホーム14
をずらす目的で、ソード19上の比較的小さな振幅のdc間
隙調整信号に応答する。間隙調整要素17は、調整可能な
マウント用プラツトホーム14及びヒートシンク16と電気
的に接触している。間隙調整要素17は一対の交互に極性
の変るピエゾ電気材料層及び相対する極性の層間にはさ
まれた電極層18から成る。
第11図に示されたデバイスの別の実施例は、間隙調整
要素17の代りに、間隙３の間隙長ｄを変化させるため
に、ヒートシンク16に対して、調整可能マウント用プラ
ツトホーム14を機械的に位置をずらす目的で、マイクロ
メータ調整ねじを含む。
要素17の代りに、間隙３の間隙長ｄを変化させるため
に、ヒートシンク16に対して、調整可能マウント用プラ
ツトホーム14を機械的に位置をずらす目的で、マイクロ
メータ調整ねじを含む。
部分２についてはレーザの要素であるように述べてき
たが、部分２は第３又は４又は６図中に示されるような
制御装置の追加要素とみることもできる。更に、結合空
胴レーザは第１図に示された二つの部分ではなく、より
多くの空胴部分から成つてもよい。
たが、部分２は第３又は４又は６図中に示されるような
制御装置の追加要素とみることもできる。更に、結合空
胴レーザは第１図に示された二つの部分ではなく、より
多くの空胴部分から成つてもよい。
説明のため部分１は閾値以上にバイアスされ、部分２
は閾値以下にバイアスされると述べてきたが、両方の部
分を閾値以上にバイアスするのも可能で、実際ある種の
用途においては望ましい。また、レーザ出力信号の検出
は、図面に示されるように端部ミラーフアセツトからと
は制限されない。検出はまた部分１の端部フアセツトか
らも行える。
は閾値以下にバイアスされると述べてきたが、両方の部
分を閾値以上にバイアスするのも可能で、実際ある種の
用途においては望ましい。また、レーザ出力信号の検出
は、図面に示されるように端部ミラーフアセツトからと
は制限されない。検出はまた部分１の端部フアセツトか
らも行える。
上で述べたスペクトル制御装置は、単一縦モード出力
を発生させるために、結合空胴レーザを安定化及び制御
を維持するだけでなく、フアブリーペローモード（周波
数変調）の波長走査（チヤーピング）又は一フアブリー
ペローモードからもう一方（周波数シフトキーイング）
への制御されたとび越しのためにも有用である。
を発生させるために、結合空胴レーザを安定化及び制御
を維持するだけでなく、フアブリーペローモード（周波
数変調）の波長走査（チヤーピング）又は一フアブリー
ペローモードからもう一方（周波数シフトキーイング）
への制御されたとび越しのためにも有用である。
第１図は二つの空胴部分を有する結合空胴半導体レーザ
の一般化された構成図、 第２図は第１図に示されたレーザの材料利得包絡線、合
成された損失又は閾値利得包絡線及びフアブリーペロー
モード位置をグラフで示す図、 第3,4及び６図は本発明の原理に従う第１図の結合空胴
半導体レーザを制御するための回路の例を示す図、 第５図は第４図に示された回路の一部を、マイクロコン
ピユータ用に適したものとするためのフローチヤートを
示す図、 第7,8及び９図は第１図に示されたレーザに加えられる
変調空胴部分又は検出器空胴部分又は両方に示す図、 第10図は第１図に示された具体的な結合空胴レーザの動
作に対する間隙長ｄの関係をグラフで示す図、 第11図は結合空胴レーザの間隙長ｄを動的に変える回路
を示す図である。 〔主要部の符号の説明〕 第１のミラーフアセツト……12又は22 第２のミラーフアセツト……11又は21 第１の電極手段……30 第１のヘテロ構造部分……１ 制御手段……２及び31 回路帰還手段……第３図 第２のヘテロ構造部分……２ 第２の電極手段……31 変調信号……312 分割手段……311
の一般化された構成図、 第２図は第１図に示されたレーザの材料利得包絡線、合
成された損失又は閾値利得包絡線及びフアブリーペロー
モード位置をグラフで示す図、 第3,4及び６図は本発明の原理に従う第１図の結合空胴
半導体レーザを制御するための回路の例を示す図、 第５図は第４図に示された回路の一部を、マイクロコン
ピユータ用に適したものとするためのフローチヤートを
示す図、 第7,8及び９図は第１図に示されたレーザに加えられる
変調空胴部分又は検出器空胴部分又は両方に示す図、 第10図は第１図に示された具体的な結合空胴レーザの動
作に対する間隙長ｄの関係をグラフで示す図、 第11図は結合空胴レーザの間隙長ｄを動的に変える回路
を示す図である。 〔主要部の符号の説明〕 第１のミラーフアセツト……12又は22 第２のミラーフアセツト……11又は21 第１の電極手段……30 第１のヘテロ構造部分……１ 制御手段……２及び31 回路帰還手段……第３図 第２のヘテロ構造部分……２ 第２の電極手段……31 変調信号……312 分割手段……311
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−190384（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，38 （５），１ Ｍａｒｃｈ 1981，Ｐ. 315−317
Claims (10)
- 【請求項１】第１（12）及び第２（11）のミラーファセ
ットと第１の電極手段（30）とを有する第１のヘテロ構
造部分（１）と、第２の電極手段（31）を有し、該第１
のミラーファセットを通じて該第１のヘテロ構造部分と
光学的に結合されている第２のヘテロ構造部分（２）と
からなる半導体レーザ（第１図）を含む半導体デバイス
において、 主モードのみが材料利得分布（ｇ（λ））内に現れ、そ
して損失許容度Δα1が特定の大きさとなるような損失
包絡線αth（λ）が得られるように、該半導体レーザの
該第１及び第２のヘテロ構造部分の長さ（１1及び１2）
が選択されており、 該半導体デバイスはさらに、 該半導体レーザからの光出力信号に応動して、該第１及
び第２の電極手段（30、31）へそれぞれ第１及び第２の
電気制御信号を生成する帰還回路手段（第３図）を含
み、 該第１及び第２の電気制御信号は、該第１及び第２のヘ
テロ構造部分の屈折率を変化させて該損失包絡線と該フ
ァブリペロモード波長とを調整し、これにより、該光出
力信号を実質的に単一縦モードとすることを特徴とする
半導体デバイス。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載された半導体
デバイスにおいて、 長さｄの間隙が該第１のヘテロ構造部分の第１のミラー
ファセットと該第２のヘテロ構造部分との間に配置され
ることを特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載された半導体
デバイスにおいて、 間隙の長さｄは光出力信号の４分の１波長の偶数倍に本
質的に等しいことを特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の半導体デバ
イスにおいて、 該第１のヘテロ構造部分は第１及び第２のミラーファセ
ットを含み、該第２のヘテロ構造部分は第１のヘテロ構
造に相互に光学的に結合されていることを特徴とする半
導体デバイス。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項に記載された半導体
デバイスにおいて、 該回路帰還手段は、該変調信号を第１及び第２の電極手
段へ所定の割合で印加する手段（311）を含むことを特
徴とする半導体デバイス。 - 【請求項６】特許請求の範囲第４項に記載された半導体
デバイスにおいて、 長さｄの間隙が該第１のヘテロ構造部分の第１のミラー
ファセットと該第２のヘテロ構造部分の第１のミラーフ
ァセットとの間に配置されることを特徴とする半導体デ
バイス。 - 【請求項７】特許請求の範囲第４項に記載された半導体
デバイスにおいて、 第１のヘテロ構造部分は長さｌ1を有し、第２のヘテロ
構造部分は長さｌ2を有し、ｌ2≦40ミクロン及びｌ1≫
ｌ2であることを特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項８】特許請求の範囲第７項に記載された半導体
デバイスにおいて、 第１及び第２のヘテロ構造部分の長さは、ｌ1／（ｌ1−
ｌ2）≦20の関係にあることを特徴とする半導体デバイ
ス。 - 【請求項９】特許請求の範囲第４項に記載された半導体
デバイスにおいて、 第１のヘテロ構造部分の長さと第２のヘテロ構造部分の
長さの差は、40ミクロンより小さいか等しいことを特徴
とする半導体デバイス。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載された半導
体デバイスにおいて、 第１及び第２のヘテロ構造部分の長さはｌ1／（ｌ1−ｌ
2）≦20の関係にあることを特徴とする半導体デバイ
ス。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US48351383A | 1983-04-11 | 1983-04-11 | |
| US483513 | 1983-06-16 | ||
| US06/504,829 US4608697A (en) | 1983-04-11 | 1983-06-16 | Spectral control arrangement for coupled cavity laser |
| US504829 | 1983-06-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59205789A JPS59205789A (ja) | 1984-11-21 |
| JP2610802B2 true JP2610802B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=27047681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59071039A Expired - Lifetime JP2610802B2 (ja) | 1983-04-11 | 1984-04-11 | 半導体デバイス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4608697A (ja) |
| JP (1) | JP2610802B2 (ja) |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4899360A (en) * | 1984-03-06 | 1990-02-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device having monolithically formed active and passive cavities on the same substrate |
| US4794608A (en) * | 1984-03-06 | 1988-12-27 | Matsushita Electric Inductrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| US4873989A (en) * | 1984-03-08 | 1989-10-17 | Optical Technologies, Inc. | Fluid flow sensing apparatus for in vivo and industrial applications employing novel optical fiber pressure sensors |
| JPH0632332B2 (ja) * | 1984-08-24 | 1994-04-27 | 日本電気株式会社 | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH061912B2 (ja) * | 1984-12-05 | 1994-01-05 | 日本電気株式会社 | 周波数偏移変調光送信装置 |
| JPS61142785A (ja) * | 1984-12-15 | 1986-06-30 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS61285784A (ja) * | 1985-06-12 | 1986-12-16 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS621296A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Sharp Corp | 多端子型半導体レ−ザ素子 |
| US4787086A (en) * | 1986-05-19 | 1988-11-22 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | High-power, fundamental transverse mode laser |
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